|
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων είναι ένας τεράστιος επιταχυντής
σωματιδίων στα σύνορα της Γαλλίας
και της Ελβετίας με συνολικό μήκος πάνω από 25 χιλιόμετρα. Μια ομάδα
φυσικών του Πανεπιστημίου της Νεβάδα
ανέλυσε στοιχεία από τον επιταχυντή, που θα μπορούσαν τελικά να αποδείξουν ή να
αναιρέσουν την πιθανότητα μιας πέμπτης δύναμης της φύσης.
Η επιστημονική κοινότητα των φυσικών αναμένει με αγωνία την
επαναλειτουργία της μεγαλύτερης επιστημονικής μηχανής (LHC) που κατασκευάστηκε ποτέ
με κόστος 6 δισ. ευρώ, κι αυτό
μπορεί να συμβάλει στην κατανόηση της εσωτερικής λειτουργίας της Φύσης.
Είναι αξιοσημείωτο ότι κάποια από τη νέα φυσική, που μπορεί να μελετηθεί
σε αυτή την μηχανή μπορεί να είναι χαμηλού κόστους που χωράνε ακόμα και σε ένα
κανονικό εργαστήριο δωματίου.
Σε ένα άρθρο στο Physical Review Letter φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Reno
της Nevada, αναφέρουν μια ανάλυση ενός πειράματος σχετικά με την
παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στα άτομα. Η εκλεπτυσμένη ανάλυση
τους θέτει νέα όρια για ένα υποθετικό σωματίδιο, ένα πρόσθετο μποζόνιο Ζ
(εκτός του γνωστού),
που βρίσκεται στο χαμηλότερο όριο ενέργειας που δουλεύει το LHC.
 Ο
Andrei Derevianko του
Τμήματος Φυσικής, ο οποίος έχει διενεργήσει ρηξικέλευθη έρευνα για την
βελτίωση ενός ατομικού ρολογιού,
είναι ένας από τους κύριους μελετητές πίσω από το πείραμα, που όπως πιστεύεται ότι
θα μας δώσει τον πιο
ακριβή έως σήμερα προσδιορισμό χαμηλής ενέργειας της ισχύος της
ηλεκτρασθενούς σύζευξης μεταξύ ηλεκτρονίων και κουάρκ μέσα στον πυρήνα.
Ο
Derevianko και οι συνάδελφοί του έχουν προσδιορίσει την ισχύ της σύζευξης
συνδυάζοντας προηγούμενες μετρήσεις που έγιναν από τον Carl Wieman, ένα
νομπελίστα φυσικό, με υψηλής ακρίβειας δικούς τους υπολογισμούς σε ένα
άτομο καισίου.
Το πρωτότυπο έργο του Wieman χρησιμοποίησε μια επιτραπέζια συσκευή στο
Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder. Η ομάδα
παρακολούθησε μια "έξαρση" της ασθενούς δύναμης σε άτομα, που
διαφορετικά κυριαρχούνται από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Το Καθιερωμένο
Μοντέλο των στοιχειωδών
σωματιδίων, που αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970, υποστηρίζει
ότι βαρέα σωματίδια, που ονομάζεται Z-μποζόνια, μεταφέρουν την ασθενή
δύναμη. Σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ασθενής δύναμη
παραβιάζει την συμμετρία κατόπτρου: ένα άτομο και η κατοπτρική εικόνα
του συμπεριφέρονται διαφορετικά. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό στους φυσικούς
ως "παραβίαση ομοτιμίας."
Η πειραματική ομάδα του
Boulder άνοιξε λοιπόν το δρόμο για νέες έρευνες, σύμφωνα
με τον Derevianko.
"Το πείραμα επεσήμανε μια διαφορά, και υπαινίχθηκε για μια δυνατότητα
ύπαρξης νέας φυσικής,
κυρίως, για έξτρα Z-μποζόνια", τονίζει.
Η ερμηνεία του πειράματος του Boulder απαιτεί μια νέα θεωρητική υπόθεση. Η ανάλυση απαιτεί
μια λεπτομερή κατανόηση της συσχετισμένης κίνησης των 55 ηλεκτρονίων στο
άτομο του καισίου. Κι αυτό φυσικά δεν είναι εύκολο έργο, καθώς ο αριθμός
των θέσεων της μνήμης που
απαιτούνται για την αποθήκευση των κβαντομηχανικών κυματοσυναρτήσεων υπερβαίνει τον εκτιμώμενο αριθμό των ατόμων στο Σύμπαν.
Γι αυτό ήδη έχουν αναπτυχθεί ειδικά υπολογιστικά εργαλεία και προσεγγίσεις Σε σύγκριση με
τις προηγούμενες αναλύσεις, για να φθάσουν οι φυσικοί στο επόμενο επίπεδο ακρίβειας
απαιτείται μια αύξηση κατά 1000 της υπολογιστικής
πολυπλοκότητας.
Η εργασία του Andrei Derevianko αποτελεί μια δραματική βελτίωση καθώς οι ερευνητές προσπάθησαν
σκληρά για να αναπτύξουν μια πιο ακριβή εξέταση του Καθιερωμένου Μοντέλου.
Ο Derevianko και η ομάδα του, στην οποία περιλαμβάνεται και ο Δρ S. Porsev, έχει
δουλέψει σκληρά για την ανάλυση του πειράματος Boulder τα
τελευταία οκτώ χρόνια.
Σε αντίθεση με τις προηγούμενες, λιγότερο ακριβείς ερμηνείες του πειράματος Boulder,
η ομάδα του Derevianko έχει βρεί μια τέλεια συμφωνία με την
πρόβλεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου. Η συμφωνία αυτή μάλιστα έχει σημαντικές συνέπειες για
τη φυσική σωματιδίων.
"Η παραβίαση της ομοτιμίας πιέζει ισχυρά για μια νέα φυσική πέρα
από το Καθιερωμένο Μοντέλο των στοιχειωδών σωματιδίων," πιστεύει ο Derevianko είπε.
"Με αυτη τη νέα ακρίβεια, κάνουμε καλύτερη δουλειά για να 'ακούσουμε' τα άτομα."
Αναλύοντας και βελτιώνοντας τους υπολογισμούς, ο Derevianko λέει ότι υπάρχει
δυνατότητα για μια καλύτερη κατανόηση των υποθετικών σωματιδίων (πρόσθετα μποζόνια-Z), που θα μπορούσαν να είναι φορείς μιας πολύ αόριστης πέμπτης δύναμης της φύσης. Για χρόνια, οι ερευνητές
παλεύουν με πειράματα για να αποδείξουν ή να αναιρέσουν τη δυνατότητα μιας
πέμπτης δύναμης της Φύσης.
Υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις γνωστές δυνάμεις της Φύσης. Εκτός από την
βαρύτητα, η ηλεκτρομαγνητική δημιουργεί το φως, τα ραδιοκύματα και άλλες
μορφές ακτινοβολίας. Δύο άλλες δυνάμεις λειτουργούν μόνο σε ατομικό
επίπεδο: είναι η ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία δεσμεύει τα σωματίδια του
πυρήνα, και η ασθενής δύναμη, η οποία αποκαλύπτεται όταν πυρήνες
διαλύονται με ραδιενεργό διάσπαση, ή όπως στο πείραμα του Boulder, μέσω
της παραβίασης της ισοτιμίας.
Η πιθανότητα μιας πέμπτης δύναμης θα μπορούσε να αμφισβητήσει
μια μακροχρόνια
πεποίθηση ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι η ίδια για
όλες τις ουσίες.
"Η νέα φυσική πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο είναι το επόμενο σύνορο,"
συμπληρώνει ο Derevianko, "και είναι το θεωρητικό ενδιαφέρον αυτής
της έρευνας."
|
